Son trait le plus remarquable réside dans sa voûte crânienne exceptionnellement épaisse : la calotte osseuse, bombée et arrondie, pouvait atteindre 25 centimètres d’épaisseur. Cette structure a longtemps été interprétée comme une adaptation à des combats frontaux entre individus, soit pour la défense du territoire, l’accès à la nourriture ou la démonstration de dominance au sein du groupe. Des analyses récentes des pathologies et des micro-fractures retrouvées sur certains crânes viennent appuyer cette hypothèse, suggérant que Pachycephalosaurus aurait pratiqué le « head-butting », à la façon des mouflons ou des bisons modernes.